核能发电的最佳方法，居然还要通过烧水发电

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• 1、核能发电的最佳方法：核能那么高大上，居然还要通过烧水发电
• 2、核能发电的最佳方法，核能发电原理

1、核能发电的最佳方法：核能那么高大上，居然还要通过烧水发电

#头条创作挑战赛#

如果我说1776年瓦特发明的蒸汽机，其工作原理跟人类目前最先进的核电站转换电能是一样的，人类目前掌握的最先进的能源利用方式还是“烧开水”，你是不是觉得有些荒谬？

最开始我也是觉得这个说法是标题党，哗众取宠，当我找了一下相关资料学习了一下之后，却发现这个说法有一定道理。你还别惊讶，核仅仅只是个热源，除了发热什么都不干。但核电厂跟我们熟知的火电厂，后半截的工作方式基本一致，但前半截——怎么烧开水科技含量就高了好几个级别。

我将我学到的知识跟大家分享一下，也顺便讲一下福岛核泄漏事故发生的始末，只是大概的讲述原理（专业知识要复杂深奥太多），我尽量讲的有趣一些~

发展到今天，核电站可以分为四代，第一代是早期的原型堆电站，属于试验及验证性质；第二代是1960-1990年期间建设的以实际运营为目的的大型商用核电站，目前世界上大多数核电站都属于第二代；第三代主要对安全系统进行了升级，采用标准化、最佳化设计和安全性更高的非能动安全系统。第四代到底如何还没有定论，各国都有自己的策略及方向，我国主要方向是高温气冷堆（或者叫石墨气冷堆）。

第二代核电站

好了，是时候放出来一堆让人眼花缭乱的名词了，核电站可以分为：沸水堆、压水堆、轻水堆、重水堆、石墨气冷堆，这些都是热堆；还有钠冷快堆、铅冷快堆、气冷快堆，这些都是快堆。

是不是快要在风中凌乱了？没关系，跟着我来捋一捋，我们一次性了解清楚。

按照对核裂变产生的中子的处理方式，分为热堆与快堆；热堆是将中子慢下来，快堆是不减速中子，而是让其增殖。热堆是已经成熟了的、实现了的技术；快堆是尚未完全成熟的，需要改进的未来技术。

如果你要问我为啥不叫热堆与冷堆，或者快堆与慢堆，我只能说取名字这个事儿啥时候都是个难题，咱也不知道啊~

好了，我们本文先主要讲成熟的、主流的热堆。铀核分裂释放中子以及能量，热堆顾名思义，就是利用铀分裂释放的能量，将冷却液加热，这样就成功的将核能转换成了热能，然后再想办法将这部分热能转化出去。

乍一听是不是很简单，想立刻手搓一个核电站出来？那还远远不够，你还要掌握铀的浓缩技术（用于发电的铀丰度在3%-5%，武器级90%，自然界浓度仅为0.7%，所以核电站不会像原子弹一样爆炸，最严重的事故是核泄漏）、控制原子核分裂速度的设备、以及烧水设备（反应堆）等等

假设你已经搞定了铀的浓缩，那怎么控制原子核的分裂速度？首先铀235是会自发分裂的，还记得半衰期的概念么？没有外界干扰的情况下，铀235也会一个一个的进行分裂，当完成了铀的浓缩，密度升高之后，分裂产生的中子就有更高的概率撞上附近的原子核，促使它也完成分裂，这样一传十，十传百，连锁反应就停不下来喽。

什么？停不下来？那怎么降低核电站的发热功率？别担心，这个方法的原理也很简单，给你看一张图片。黑色的长条是铀燃料棒，铀燃料棒之间是控制棒，当控制棒完全降下时，铀燃料棒被间隔开，相互之间的中子对轰就被终止，只能依靠自身的分裂维持发热。所以可以通过控制棒的升降来控制里面核裂变的剧烈程度，进而控制发热功率。

你可能注意到了，当控制棒降到最低时，铀燃料棒仍然可以通过自身的原子核分裂发热，这个发热可是一周七天每天24小时不间断的，比996都拼命，一旦热量导不出来，温度就会急剧上升，很容易造成事故。美国三里岛核事故，从冷却系统故障到反应堆彻底失控，仅仅用了120秒，最后直接把堆芯熔化掉了，造成了核辐射的泄露。所以切记，冷却系统是重中之重，核心中的核心。再看到下图我国核电站的分布是不是就有恍然大明白的感觉。

现在你知道了如何控制核反应堆的反应速度，是时候展示一下最传统的沸水堆给你看一下了，也就是大名鼎鼎的切尔诺贝利核电站及福岛核电站采用的技术：

沸水堆

沸水堆的技术也很直接——真·烧开水。铀燃料棒不是热了么，那我直接把水灌进去，还能降低中子的速度，增加撞击原子核的概率，水沸腾了，就去推动汽轮机发电。

没错，就是拿直接跟核燃料接触，充满放射性的水去推动汽轮机，稍微有点故障，比如说哪里漏了个缝，那后果就挺严重的，所以玩这个的都是艺高人胆大，比如福岛核电站（当然，福岛核电站泄漏天灾与人祸因素占的更多，跟沸水堆技术关系倒是没那么大）。

沸水堆结构简单，成本更低，总有人喜欢玩心跳，但不包括我国，我国胆小，沸水堆从来不沾。我们主要使用的是压水堆技术。

话不多说，直接上图。其实原理也很简单，大家都知道气压越高，水的沸点越高，我使劲儿压，把压力提升到150个大气压以上，这个时候水的沸点在300度以上，用这个水去加热正常气压下的水，剩下的故事走向跟沸水堆一样，正常气压下的水沸腾气化，推动汽轮机发电。

压水堆

你看出来这个方案最大的好处了么？对的，受到核辐射的水压根没跟外界接触，不容易泄露，安全性大大提高，所以这个方案成为了主流。我们在建的十几座核电站都是压水堆。

沸水堆跟压水堆用的都是正常的水，也就是轻水，所以它们都是轻水堆。如果用的是氘化水（俗称重水），就叫重水堆。氘核比氢核重，所以中子减速效果更好，中子吸收也更少，对铀浓度的要求就低，甚至可以直接用天然铀作燃料，秦山三期核电站就是重水堆，引进的是加拿大的技术。不管是轻水堆还是重水堆，它们都使分裂出来的中子变慢，而科学家将慢下来的中子称为热中子，所以这两种堆都是热堆。

文章讲到这里，其实才讲了一半，还没有讲到我国的第四代核电技术使用的高温气冷堆，也没有讲到第四代核能系统的优选堆型——快堆。就像讲汽车的发展史，只是讲到了福特实现了流水线生产汽车，还没有讲到如何进化到奔驰宝马奥迪，更没有讲到从传统能源进化到新能源汽车。

我还想讲一下为什么说福岛核泄漏事故不仅仅是天灾，更是人祸。但这个事情的精彩程度，简直值得单独开一篇文章来细细说来。

这篇文章已经写了蛮长，估计你已经看的蛮累，先到这里，我们分另外一篇文章再来继续写核电的故事。

2、核能发电的最佳方法，核能发电原理

核能发电原理

1、核裂变反应：

铀裂变在核电厂最常见，热中子轰击铀原子会放出2到4个中子，中子再去撞击其它铀原子，从而形成链式反应而自发裂变。撞击时除放出中子还会放出热，如果温度太高，反应炉会熔掉，而演变成反应炉融毁造成严重灾害，因此通常会放控制棒（中子吸收体）去吸收中子以降低分裂速度。

一个铀原子被热一个中子轰击后，放出2个中子，生成一个钡原子核一个氪原子，然后三个中子继续轰击其他的铀原子发生链式裂变反应，裂变以后的总质量小于裂变以前的质量，由爱因斯坦方程△E=△m×931Mev，就有能量放出。

2、核反应堆原理：

中子源释放的中子是快中子，不能引起铀235的裂变，快中子通过减速剂纯净水后变成慢中子，慢中子进入反应堆，反应堆中二氧化铀中的铀原子发生裂变，然后放出多个中子，再去轰击其他的铀原子，进行链式反应。慢化剂（纯净水）的作用将快中子进行碰撞变成慢中子，使之发生核裂变链式反应，还有重水（D2O，氘）、石墨。

冷却水(普通水)在一回路内经过反应堆堆芯循环流动，压力为16MPa，反应堆出水的温度约为摄氏330度，而入水口的温度约摄氏290度，因此不会沸腾。中子源发射的快中子通过水，被氢原子核碰撞变成慢中子，慢中子使铀原子发生裂变，水中有硼酸，硼原子能吸收慢中子，所以硼的浓度可以控制核反应堆的裂变速度。所以冷却水就是慢化剂，也将堆芯的热能传送到蒸汽发生器。

中子源：常用锑发射γ射线，去轰击铍而产生快中子，是核燃料的点火器，中子源释放的中子是快中子，不能引起铀235的裂变，为了将其减速，需要在核反应堆中充满减速剂-纯净水。

燃料棒：二氧化铀燃料棒放在冷却水中。

稳压器：控制水的压力，防止水沸腾。

控制棒：控制棒由中子强吸收材料做成，控制棒用银铟镉材料制成，可以吸收反应堆中的中子。如果有很多的中子被控制棒吸收，就意味着比较少的中子引发链式反应。因此，把控制棒插入堆芯，将会减慢反应速率。相反，将控制棒抽出，链式反应速率将会增加。把多根控制棒组成棒束型，用来控制反应堆核反应的快慢。

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